冶金概论1-6章整理课件

2023/1/9/19:20:441第一章1.1.1冶金学冶金学是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物，并用一定加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。由于矿石性能不同，提取金属的原理、工艺过程和设备不同，从而形成专门的冶金学科—冶金学(Metallurgy)。冶金学研究所涉及的内容：金属的制取，金属的加工，金属性能的改进→对金属成分、组织结构、性能和相关理论的研究。冶金学的分类冶金学按研究的领域分：提取冶金学〔化学冶金学〕和物理冶金学(physicalmetallurgy)〔材料的加工成型，通过控制其组成、结构使已提取的金属具有某种性能〕。提取冶金〔extractivemetallurgy〕：从矿石中提取金属及金属化合物的过程，因其中进行很多化学反响，又称化学冶金〔chemicalmetallurgy〕。2023/1/9/19:20:442按所冶炼金属类型分：

(Nonferrousmetallurgy)

(Ferrousmetallurgy)

按冶金工艺过程不同分：提取冶金的分类2023/1/9/19:20:4431.1.2火法冶金主要过程简介枯燥：去水，温度为400~600℃。焙烧：以改变原料组成为目的的、在低于矿石熔点温度下、在特定气氛中进行的冶金过程。煅烧：在空气中以去CO2和水为目的的冶金过程。烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性能的造块。熔炼：复原氧化物，提取粗金属。精炼：氧化杂质，获得纯金属。铸造：液态金属凝固成固态。1.2.1钢铁材料钢铁是使用最多的金属材料原因：储量大；冶炼加工容易；综合性能好预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例2023/1/9/19:20:4441.2.3钢铁冶炼技术开展简史远古至13世纪末：半熔融状态的铁块—海绵铁(spongeiron)；13世纪末至19世纪中叶：熔融状态的生铁→粗钢，形成两步法炼钢；19世纪中期至今：1856年英国人创造了空气底吹酸性转炉炼钢法；1864年法国人创造了平炉炼钢法(OH)；1874年创造了空气底吹碱性转炉炼钢法；20世纪初创造了电弧炉炼钢(EAF)；20世纪中叶氧气顶吹转炉〔LD法〕。1.2.2钢与生铁的区别1.2.3我国钢铁工业的开展1996年，突破1亿吨；1999年，产量世界第一；2003年，突破2亿吨，世界唯一年产钢超过2亿吨的国家；2004年，产量2.8亿吨；2005年，产量3.5亿吨；2006年，产量4.2亿吨。2023/1/9/19:20:445烧结/球团—高炉—转炉—连铸机—轧机直接复原或熔融复原—电炉—连铸机—轧机非高炉炼铁钢铁生产的两个典型流程高炉炼铁长流程短流程钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。

2023/1/9/19:20:446钢铁生产的典型工艺〔长流程〕2023/1/9/19:20:447钢铁工业的特点生产规模大，物流吞吐大，每吨钢涉及的物流将是5-6吨。资源密集、能耗密集。在钢铁联合企业内，每吨钢降消耗吨左右的标准煤、吨左右铁矿石、3-8吨左右新水；制造流程工序多、结构复杂制造流程中伴随大量物质/能量排放，形成复杂的环境界面1.4钢铁产品及副产品产品生铁钢铁合金(Ferroalloy)

副产品炉渣(Slag)煤气(Gas)生铁它是铁和碳及少量硅。锰、硫、磷等元素组成的合金，主要由高炉生产，按其用途可分为炼钢生铁和铸造生铁。2023/1/9/19:20:448铁合金铁合金是指铁与一种或几种元素组成的中间合金，主要用于炼钢脱氧或作为合金添加剂，当采用金属热复原法生产其它铁合金和有色金属时作复原剂(详见第七章)。如：硅铁、锰铁。炉渣炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和钢中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3等。根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉渣分为高炉渣和炼钢渣，按炉渣中含有不同的化学成分又可分为碱性渣和酸性渣。煤气钢铁生产中还能获得大量的可燃气体，高炉炼铁可产生高炉煤气，转炉炼钢可获得转炉煤气，炼焦时可得焦炉煤气等。煤气主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH4

2023/1/9/19:20:449钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能源消耗量的10～11％。钢铁生产所用能源主要有煤炭、燃料油(重油)、天然气、电力等。煤占钢铁生产中燃料消耗的70%，钢铁工业用煤量已超过煤炭总产量的15％。煤在钢铁企业主要用来炼焦和自备电厂发电、蒸汽机车烧煤、烧工业锅炉及局部窑炉，少局部制成粉煤用于高炉喷吹及烧结生产。1.5.1钢铁生产用能源1.5.2钢铁工业能耗我国钢铁工业的能源消耗中，钢铁冶炼是耗能最高的工序，占钢铁工业能耗的60～70％。其主要耗于炼铁系统，焦化、烧结、球团、炼铁等工序。

2023/1/9/19:20:44102004年重点钢铁企业工序能耗比较(千克标准煤/t)指标烧结焦化炼铁转炉电炉平均值66.38142.21466.2026.57209.891999年国际先进水平58.89128.1437.93-8.88198.6差值7.4914.1128.2735.4511.29指标烧结球团焦化炼铁转炉电炉轧钢吨钢综合能耗平均值66.3842.00142.21466.2026.57209.8992.91761先进值52.0619.2288.13395.41-3.77146.3153.68565落后值108.6083.30229.15591.8175.23325.44286.891103差值56.5464.08141.02196.4079.00179.23233.215382023/1/9/19:20:44111.5.3节能途径改进生产工艺及操作，更新和改造耗能高的设备。降低能源损失〔“废料〞、煤气、热能、压力能〕，减少生产工序。回收利用散失热量。加强企业能源管理，加强能源利用技术的研究工作，提高操作技术水平，充分发挥现有设备能力，以节能为目标合理组织生产。1.6冶金用耐火材料钢铁冶金的技术进步和过程温度的提高分不开，耐火材料的开展与钢铁冶金的技术进步紧密相关。耐火材料产品绝大局部〔60~80%〕用于冶金行业。耐火材料在冶金中的应用有：高温炉管坩埚、容器热电偶绝缘管热电偶保护管炉膛耐火材料炉膛保温材料2023/1/9/19:20:4412

耐火材料定义耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。ISO定义：耐火材料是耐火度至少为1500℃的非金属材料或制品〔但不排除含有一定比例的金属〕。在高温炉〔高炉、热风炉、转炉、各种加热炉〕中，炉膛是用耐火材料砌成的。对耐火材料的要求是：有足够高的耐火度，合理的形状，质地致密，高温下有一定强度，无明显挥发现象以及不与炉内工作气氛发生反响等。1.6.2耐火材料分类按化学成分：氧化物、非氧化物、复合系按形态：定形、不定形按耐火度分：普通1580~1770℃;

高级1770~2000℃;

特级2000℃以上按制作工艺分：泥浆浇注；可塑成型…2023/1/9/19:20:44131.7环境保护钢铁厂产生的各种污染物有：大气污染物质污水固体废弃物大气污染物质SOX：是通过原料、燃料中硫磺成分的燃烧而产生的。烧结工厂等为其主要发生源。NOX：通过燃烧后发生。烧结工厂等为其主要发生源。煤尘：通过燃烧后发生。烧结炉、各加热炉为其发生源。粉尘：从燃料原料的输送、处理过程，及储藏场中产生。炼铁、炼钢工程为其主要发生源。

2023/1/9/19:20:4414钢铁工业用水主要是冷却水，其次是煤气洗涤水，以及冲洗设备、地面及除尘用水等。污水中含有以下污染物：固体悬浮物〔SSSolidsuspension〕：从排气集尘、高温物质的直接冷却等过程中产生。油：由各种机械等所使用的油所发生的漏泄及冷轧工程使用轧制机的机油等原因而产生。化学需氧量〔CODChemicaloxygendemand〕：从煤炭干馏时的氨水，及冷轧、电镀废水中产生。酸、碱：从冷轧工程的酸洗工程、电镀工程等的脱脂工程中产生。污水固体废弃物炉渣：从高炉、铁水预处理、转炉、电炉、二次精炼设备等的冶炼工程中产生。污泥：在各种水处理过程中产生。灰尘：从各种干式集尘机中产生。2023/1/9/19:20:4415钢铁生产中产生的污染物(1)2023/1/9/19:20:4416钢铁生产中产生的污染物(2)2023/1/9/19:20:4417第二章高炉炼铁2.1.1.1几个根本概念1矿物(Minerals)：地壳中具有均一内部结构、化学组成及一定物理、化学性质的天然化合物或自然元素称为矿物。其中能够为人类利用的称为有用矿物。2矿石(Ore)：在现代的技术经济条件下，能以工业规模从中提取金属、金属化合物或其它产品的矿物称为矿石。3矿石的品位(Oregrade)：矿石中有用成分的质量百分含量，称为该矿石的品位。4脉石(Gauge)：矿石中没有用的成分称为脉石，一般在冶炼过程中需要去除。2023/1/9/19:20:44185、富矿(high-gradeore)：含铁品位>50%的铁矿石赤铁矿：理论含铁量70%磁铁矿：理论含铁量72.4%菱铁矿：理论含铁量48.3%褐铁矿：理论含铁量55.2~66.1%6、贫矿(leanore)：实际含铁量低于理论含铁量70%的铁矿石称贫矿〔必须经过选矿后使用〕7、块矿(lumpore)和粉矿(fineore)扣除CO2和结晶水富矿破碎、筛分块矿(>5~10mm),上限粉矿（<5mm）供烧结厂生产烧结矿大中型高炉<45mm中小型高炉<20~25mm2023/1/9/19:20:44198、精矿(oreconcentrate)：贫矿经过破碎，细磨，并通过磁选或浮选得到的高品位细粉状矿石.赤铁矿

细磨

-200目>60~80%浮选磁铁矿

细磨

-200目>60~80%磁选褐铁矿

先磁化焙烧后细磨磁选菱铁矿

细磨

-200目>60~80%浮选2023/1/9/19:20:44202.1.1.2主要原料高炉冶炼用的原料主要有铁矿石〔天然富矿和人造富矿〕、燃料(fuel)〔焦炭和喷吹燃料〕、熔剂(flux)〔石灰石与白云石等〕。冶炼1t生铁大约需要1.6~2.0t矿石，0.4~0.6t焦炭(coke)，0.2~0.4t熔剂。高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提供数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末少、有害杂质少及性能稳定的原料。铁矿石处理工艺流程矿石(ore)→破碎(crush)→筛分(screen)→富矿(high-gradeore)→混匀(mix)→高炉；矿石→破碎→筛分→贫矿

(leanore)→磨矿

(grinding)→筛分→选矿→造块→人造富矿→高炉2023/1/9/19:20:4421燃料焦炭的作用：发热剂、复原剂及料柱骨架。粒度：大型高炉40~60mm；中型高炉25~40mm；小型高炉15~25mm；喷吹燃料：固体〔无烟煤与烟煤粉〕液体〔重油、煤焦油〕气体〔天然气或焦炉煤气〕熔剂熔剂主要使用石灰石(calcite)和白云石(dolomite)；熔剂的要求：有效成分含量高〔CaO+MgO〕；有害杂质S、P低；粒度均匀，强度好，粉末少。熔剂的作用：助熔，改善流动性，使渣铁容易别离；脱硫〔焦炭和矿石中S〕。2023/1/9/19:20:44222.1.2烧结(sintering)将各种粉状铁矿粉，配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后放在烧结机点火烧结。在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化作用下，局部混合料颗粒外表发生软化熔融，产生一定数量的液相，并润湿其它未融化的矿石颗粒。冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块。这一过程叫是烧结，所的到的块矿叫烧结矿。烧结生产的必要性在自然界中，能直接用于高炉冶炼的富矿越来越少，使得人们不得不开采贫矿〔含铁品位25～40%〕，但贫矿直接入炉是不经济的，仍须经过选矿提高其品位。要选矿，必须对矿石进行破碎研磨，因此铁矿粉选矿后粒度组成不符合高炉冶炼的要求，必须经过造块前方可用于冶炼。烧结矿的优点烧结矿是人工制造的矿石，它比天然矿石有许多优点，通常含铁量高，粒度组成均匀，气孔率大，成分稳定，复原性能好。另外，含碱性熔剂，高炉造渣性能好，具有良好的冶金性能。高炉使用烧结矿，可提高产量，降低燃料消耗。烧结

工艺

流程232023/1/9/19:20:4424烧结过程示意图烧结料层有明显的分层，依次出现烧结矿层、燃烧层、预热和枯燥层、过湿层，然后又相继消失，最后剩下烧结矿层。烧结过程的主要反响燃烧反响：C+O2，烧结废气中以CO2为主，存在少量CO，还有一些自由氧和氮。2C+O2=2CO；C+O2=CO2分解反响：结晶水的分解：褐铁矿〔mFe2O3·nH2O〕高岭土〔Al2O3·2SiO2·2H2O)熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750℃以上)MgCO3=MgO+CO2(720℃)2023/1/9/19:20:4425烧结过程的主要反响复原与再氧化反响：Fe、Mn等靠近燃料颗粒处：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2;Fe3O4+CO=3FeO+CO2;远离燃料颗粒处：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3;3FeO+1/2O2=Fe3O4.气化反响：脱硫85％～95％。FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO22FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2烧结矿的形成烧结矿是一种由多种矿物组成的复合体。由含铁矿物和脉石矿物组成的液相粘结在一起组成。含铁矿物有磁铁矿、方铁矿〔或浮氏体〕、赤铁矿粘结相主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸钙、钙铁灰石及少量反响不全的游离石英和石灰。2023/1/9/19:20:4426矿物名SiO2CaOMgOAl2O3Fe2O3Fe3O4熔点（℃）1730257027992042156515972023/1/9/19:20:4427烧结矿质量指标烧结矿质量对高炉冶炼有重大影响，改善其质量是“精料〞的主要措施。对其质量评价指标主要有化学成分、物理性能、冶金性能等。①化学成分高炉要求烧结矿化学成分稳定，波动小，有害杂质少。主要包括TFe、FeO、S、碱度〔CaO/SiO2〕。目前武钢入炉烧结矿品位在55%～56%左右，一级品允许波动范围为±0.5；碱度在1.90左右，一级品允许波动范围为±0.08；S含量一级品≤0.08%。2023/1/9/19:20:4428②物理性能包括机械强度和粒度组成等。高炉要求烧结矿机械强度高，粉末少，粒度均匀。烧结矿粒度小于5mm的称之为粉末。粉末含量对高炉料柱透气性影响很大。粉末含量高，高炉透气性差，导致炉况不顺，可能引起崩料或悬料。反响机械强度的指标为：转鼓指数、抗磨指数、筛分指数。目前武钢烧结矿的转鼓强度大约在79%～80%左右。③高温冶金性能低温复原粉化率〔RDIReductionDegradationIndex〕：是指烧结矿在高炉上部约500℃复原气氛下抗粉化的能力。＜3.15mm粒级越小越好。复原度〔RI〕：是指烧结矿在900℃复原气氛下被复原成Fe的能力。复原度越高越好2023/1/9/19:20:4429

天然块矿(生矿)氧化球团酸性炉料碱性炉料:高碱度烧结矿保证高炉炉渣碱度CaO/SiO2=1~1.25高炉炉料结构精矿粉：用于生产氧化球团粉矿+精矿粉：用于生产高碱度烧结矿氧化球团:品位高〔TFe62~67%〕粒度均匀(9~15mm)强度高(150~200kg)复原性好高碱度烧结矿：碱度(CaO/SiO2)>1.6机械强度好冶金性能好:复原性能,低温复原粉化性能,软熔性能烧结机世界上90%以上烧结矿由抽风带式烧结机生产，其主要设备为烧结台车。2023/1/9/19:20:4430氧化球团:品位高,粒度均匀(9~15mm),强度高(150~200kg),复原性好，是一种优质的炼铁原料品种TFeFeOCaOSiO2MgOAl2O3MnOSR巴西球团65.811.610.473.670.730.490.13国产球团63.210.171.226.010.480.760.20国产球团64.201.881.333.661.591.510.080.030.36烧结矿56.337.8010.225.372.452.230.270.0231.90南非块矿63.260.761.332.490.531.510.150.030.53巴西块矿66.624.230.707.940.231.110.09海南块矿52.171.10.3513.30.020.80.050.520.032.1.3球团将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状物料、添加剂等)，按一定比例经过配料、混匀制成一定尺寸的小球，然后采用枯燥焙烧或其他方法使其发生一系列的物理化学变化而硬化固结．这一过程即为球团生产过程．其产品即为球团矿。球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、枯燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。2023/1/9/19:20:4431生产球团矿的原料(1)磁铁精矿粉:TFe=60~69%(Fe3O4理论品位72.4%)

粒度-200目(0.074mm)>70~80%〔2〕粘结剂：膨润土(SiO266.7%,Al2O328.3%,H2O5%):0.5~2.5%粘结剂的作用:(1)吸收水分

(2)改善精矿粉造球性能

(3)提高生球强度

(4)提高生球爆裂温度2023/1/9/19:20:4432950℃氧化:保持足够氧化时间,使整个球团充分氧化1150~1250℃长大:Fe2O3晶体再结晶长大,球团强度迅速提高≮1100℃:

温度低于1100℃,Fe2O3再结晶缓慢,球团强度差≯1300℃:

温度高于1300℃,Fe2O3开始分解Fe2O3Fe3O4假设升温过快,外层Fe2O3迅速长大,阻碍O2向中心扩散,形成分层结构,球团强度差.

>900℃:

2Fe3O4+1/2O2-----3Fe2O3>1100℃:Fe2O3晶粒长大形成强大的晶桥2023/1/9/19:20:44336,8,10,16m2竖炉,8m2日产1000吨球团矿8m2竖炉焙烧室有效高度(即从炉口到排矿器中心线之间的距离)7.5~10m,焙烧室有效容积60~90m3

炉口平均有效宽度<1.7m,长度4.6~5.1m

燃烧室容积60~65m3优点：结构简单，对材质无特殊要求缺点：单炉产量低，只适用于磁精粉球团焙烧由于竖炉内气体流难控制，焙烧不均匀造成球团矿质量不均匀2023/1/9/19:20:4434优点：设备简单，可以处理各种矿石，生产各种球团矿缺点：易结圈2023/1/9/19:20:4435鼓风干燥抽风干燥预热焙烧均热鼓风冷却一冷二冷优点：操作简单，控制方便，可以处理各种矿石，生产能力大缺点：上下层质量不均，台车易损，需要高温合金，流程复杂带式焙烧机2023/1/9/19:20:4436高炉冶炼过程及特点现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高炉本体外，还有供料、送风、煤气净化除尘、喷吹燃料和渣铁处理等系统。高炉炼铁的本质传质过程：矿石中的O2-O2-进入煤气中，实现铁与氧的别离传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成渣铁，实现渣铁别离O2-(矿）＋CO￫CO22023/1/9/19:20:4437高炉结构高炉是由耐火材料砌筑而成竖式圆筒形炉体，外有钢板制成炉壳加固密封，内嵌冷却器保护，炉子自上而下依次分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五局部。炉缸局部设有风口、铁口和渣口，炉喉以上为装料装置和煤气封盖及导出管。2023/1/9/19:20:4438高炉炉内炉料状况及反响2023/1/9/19:20:44392.2.2燃烧反响炉顶参加的焦炭，其中风口前燃烧的碳量约占入炉总碳量的65%～75%，是在风口前与鼓风中的O2燃烧，17～21％参加直接复原反响，10％左右溶解进入铁水。燃烧反响的作用：为高炉冶炼过程提供主要热源；为复原反响提供CO、H2等复原剂；为炉料下降提供必要的空间。燃烧反响燃烧反响的机理一般认为分两步进行：风口前碳素的燃烧是不完全燃烧，生成CO并放出热量。由于鼓风中总含有一定的水蒸气，灼热的C与H2O发生以下反响：C+H2O=CO+H2-124390kJ实际生产中的条件下，风口前碳素燃烧的最终产物由CO、H2、N2组成。2023/1/9/19:20:4440盘旋区及燃烧带盘旋区：风口前产生焦炭和煤气流盘旋运动的区域称为盘旋区。盘旋区和中间层组成焦炭在炉缸内进行燃烧反响的区域称为燃烧带。实践中常以CO2降至1～2％的位置定为燃烧带界限。大型高炉的燃烧带长度在1000～1500mm左右。根本概念复原反响复原剂夺取金属氧化物中的氧，使之变为金属或该金属低价氧化物的反响。高炉炼铁常用的复原剂主要有CO、H2和固体碳。铁氧化物的复原顺序遵循逐级复原的原那么。当温度小于570℃时，按Fe2O3→Fe3O4→Fe的顺序复原。当温度大于570℃时，按Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe的顺序复原。2023/1/9/19:20:44412.2.3.2高炉内铁氧化物的复原用CO和H2复原铁氧化物用CO和H2复原铁氧化物，生成CO2和H2O复原反响叫间接复原。用CO作复原剂的复原反响主要在高炉内小于800℃的区域进行。用H2作复原剂的复原反响主要在高炉内800～1100℃的区域进行。用固体碳复原铁氧化物用固体碳复原铁氧化物，生成CO的复原反响叫直接复原。在高炉内具有实际意义的只有FeO+C=Fe+CO的反响。直接复原要通过气相进行反响，其反响过程如下：直接复原一般在大于1100℃的区域进行，800～1100℃区域为直接复原与间接复原同时存在区，低于800℃的区域是间接复原区。2023/1/9/19:20:4442锰的复原高炉内锰氧化物的复原由高级向低级逐级复原直到金属锰，顺序为：从MnO2到MnO可通过间接复原进行复原反响。MnO复原成Mn只能靠直接复原取得。MnO的直接复原是吸热反响。高炉炉温是锰复原的重要条件，其次适当提高炉渣碱度，增加MnO的活度，也有利于锰的直接复原。复原出来的锰可溶于生铁或生成Mn3C溶于生铁。硅的复原硅的复原只能在高炉下部高温区(1300℃以上)以直接复原的形式进行：SiO2+2C＝Si＋2CO-628297kJSiO2在复原时要吸收大量热量，硅在高炉内只有少量被复原。复原出来的硅可溶于生铁或生成FeSi再溶于生铁。较高的炉温和较低的炉渣碱度有利于硅的复原。铁水中的含硅量可作为衡量炉温水平的标志。2023/1/9/19:20:4443磷的复原磷酸铁[(FeO)3·P2O5·8H2O]又称蓝铁矿，蓝铁矿结晶水分解后，形成多微孔的结构较易复原，反响式为：磷酸钙〔主要存在形式〕在高炉内首先进入炉渣，在1100～1300℃时用碳作复原剂复原磷，其复原率能达60％；当有SiO2存在时，可以加速磷的复原：磷在高炉冶炼条件下，全部被复原以Fe2P形态溶于生铁。2023/1/9/19:20:4444FeO+C=Fe+CO–650kcal/kgFeMnO+C=[Mn]+CO–1248kcal/kgMnSiO2+2C=[Si]+2CO–5360kcal/kgSi2Ca3(PO4)2+3SiO2+10C=3Ca2SiO4+4[P]+10CO–5471kcal/kgP铁水主要成分：C、Si、Mn、P、S、元素收得率铁99.7%锰40~60%〔炼钢生铁〕70%〔铸造生铁〕磷100%铅、锌、砷的复原复原出来的铅〔密度11.34g/cm3〕易沉积于炉底，渗入砖缝，破坏炉底；局部铅在高炉内易挥发上升，遇到CO2和H2O将被氧化，随炉料一起下降时又被复原，在炉内循环。复原出来的锌，在炉内挥发、氧化、体积增大使炉墙破坏，或凝附于炉墙形成炉瘤。复原出来的砷，与铁化合影响钢铁性能，使钢冷脆，焊接性能大大降低。2023/1/9/19:20:4445生铁的生成与渗碳过程生铁的生成：渗碳和已复原的元素进入生铁中，得到含Fe、C、Si、Mn、P、S等元素的生铁。渗碳过程固体海绵铁发生渗碳过程：〔渗C有限，不到1％〕在1400℃左右时，与炽热的焦炭继续进行固相渗碳。熔化后的金属铁与焦炭发生渗碳反响：3Fe液+C焦=Fe3C液。2.2.4高炉炉渣与脱硫高炉炉渣是铁矿石中的脉石和焦炭(燃料)中的灰分等与熔剂相互作用生成低熔点的化合物，形成非金属的液相。高炉炉渣的成分高炉炉渣作用成渣过程生铁去硫2023/1/9/19:20:44462.2.4.1高炉炉渣的成分高炉炉渣的来源：矿石中的脉石、焦炭(燃料)中的灰分、熔剂中的氧化物、被侵蚀的炉衬等。高炉炉渣的成分：氧化物为主，且含量最多的是SiO2、CaO、Al2O3、MgO。炉渣中氧化物的种类：碱性氧化物、酸性氧化物和中性氧化物。以碱性氧化物为主的炉渣称碱性炉渣；以酸性氧化物为主的炉渣称酸性炉渣。炉渣的碱度(R)：炉渣中碱性氧化物和酸性氧化物的质量百分数之比表示炉渣碱度：高炉炉渣碱度一般表示式：R=w(CaO)／w(SiO2)炉渣的碱度根据高炉原料和冶炼产品的不同，一般在1.0～1.25之间。2023/1/9/19:20:44472.2.4.2成渣过程〔1〕焦炭在风口处完全燃烧，灰分进入炉渣。〔2〕石灰石在下降过程中，分解的CaO在滴落带，被初渣溶解，参与造渣。〔3〕矿石在块状带固相反响生成了低熔点的化合物沿焦炭缝隙流下，别离出初渣。随后渣中(FeO)不断复原进入铁中，至滴落带，炉渣以滴状下落，渣中FeO已降到2％～3％。〔4〕滴落的初渣成分不断变化，初渣开始是自然碱度，以后随着SiO2的复原，石灰石渣化并参加焦炭灰分，经过碱度波动之后形成终渣。成渣过程中，软熔带对炉内料柱透气性影响很大，习惯上把这一带叫成渣带。2.2.4.2高炉炉渣的作用别离渣铁，具有良好的流动性，能顺利排出炉外。具有足够的脱硫能力，尽可能降低生铁含硫量，保证冶炼出合格的生铁。具有调整生铁成分，保证生铁质量的作用。保护炉衬，具有较高熔点的炉渣，易附着于炉衬上，形成“渣皮〞，保护炉衬，维持生产。2023/1/9/19:20:44482.2.4.3生铁去硫硫的来源：矿石、焦炭、熔剂和喷吹燃料中的硫分。炉料中焦炭带入的硫最多，占70％～80％。冶炼每吨生铁由炉料带入的总硫量称硫负荷。炉渣去硫炉渣去硫反响：[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)生成的FeO在高温下与焦炭作用：(FeO)+C=[Fe]+{CO}-Q总的脱硫反响可写成：[FeS]+(CaO)+C=(CaS)+[Fe]+{CO}-Q炉外脱硫高炉常用的炉外脱硫剂是苏打粉(Na2CO3)。反响式为：Na2CO3+FeS=Na2S+FeO+{CO2}-Q还有石灰、白云石、电石、复合脱硫剂等。2023/1/9/19:20:4449高炉中铁水脱硫反响：高炉渣的主要组成：CaO、MgO、SiO2、Al2O3、FeO、MnO、S烧结矿：CaO、SiO2、MgO、Al2O3、S球团矿、块矿：SiO2、Al2O3、S焦炭、煤粉：SiO2、Al2O3、S高炉中80~85%的S来自焦炭和煤粉主要成分：CaOSiO2Al2O3MgOFeOMnOCaS35~4035~40<15〔18〕~12<1.0<1.0R=CaO/SiO2=1.0~1.25〔熔点1300~1350℃〕2023/1/9/19:20:4450炉料运动炉料在炉内下降的根本条件：高炉内不断形成促使炉料下降的自由空间。形成炉料下降的自由空间的因素焦炭在风口前燃烧生成煤气。炉料中的碳素参加直接复原。炉料在下降过程中重新排列、压紧并熔化成液相，体积缩小。定时放出渣铁。煤气的体积的变化煤气量取决于冶炼强度、鼓风成分、焦比等因素。煤气的体积总量在上升过程中是增加的。2023/1/9/19:20:4451煤气成分的变化CO：煤气上升过程中，CO在高炉下部高温区开始增加，煤气中的CO含量会相应减小。CO2：在炉缸、炉腹部位几乎为零，从中温区开始增加。H2：来源于风中H2O汽和焦炭中的有机H2和喷吹燃料中的挥发H2，上升过程中由于参加间接复原和生成CH4，含量逐渐减少，但由于炉料中结晶水和碳作用生成局部H2，又可适量增加煤气中H2的含量。N2：鼓风带入的N2，焦炭中的有机N2和喷吹燃料中的挥发N2，在上升过程中不参加任何反响，绝对量不变。CH4：高温时少量焦炭与H2作用生成CH4，上升过程中又参加焦炭挥发分中CH4，但数量很少，变化不大。

2023/1/9/19:20:4452炉内热交换现象：炉缸煤气在上升过程中把热量传递给炉料，温度逐渐降低；而炉料在下降过程吸收煤气的热量，温度逐渐上升。煤气温度的变化压头损失(△p)的表示式△p=P炉缸-P炉喉压头损失△p的作用增加到一定程度时，将阻碍高炉顺行。煤气压力的变化2023/1/9/19:20:44532.2.6高炉生产主要技术经济指标有效容积利用系数〔ŋV〕：高炉每立方米有效容积每天生产的合格铁水量〔t/m3·d〕入炉焦比〔K〕：冶炼一吨生铁消耗的焦炭量〔kg/t〕ηV=高炉每天的合格生铁量P高炉有效容积VuK=每天装入高炉的焦炭量高炉每天出铁量煤比〔或油比〕：冶炼一吨生铁消耗的煤粉量或重油〔kg/t〕燃料比＝焦比＋煤比〔或油比〕冶炼强度：高炉每立方米有效容积每天消耗的〔干〕焦炭量〔焦比一定的情况下〕

ŋV=I/KM=每天喷入高炉的煤粉量高炉每天出铁量I=高炉每天消耗的焦炭量高炉的有效容积54生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总量的指标。休风率：高炉休风时间〔不包括方案大、中、小修〕占日历工作时间的百分数。规定的日历作业时间=日历时间-方案大中修及封炉时间休风率反映高炉操作及设备维护的水平。生铁本钱：生产每吨合格生铁所需原料、燃料、材料、动力、人工等一切费用的总和，单位：元/tFe。炉龄〔高炉一代寿命〕：即从高炉点火开始到停炉大修之间实际运行的时间或产铁量。炉龄长，产铁多，经济效益高。休风率=高炉休风时间规定的日历作业时间×100%552023/1/9/19:20:4456铁种炼钢生铁牌号炼04炼08炼10代号L04L08L10w(Si)≤0.45>0.45~0.85>0.85~1.25w(Mn)一组二组三组≤0.4＞0.4~1.0＞1.0~2.0w(P)特级一级二级三级≤0.10＞0.10~0.15＞0.15~0.25＞0.25~0.40w(S)特类一类二类三类≤0.02＞0.02~0.03＞0.03~0.05＞0.05~0.07铁水温度在1450~1550℃。按照Si含量的不同，将高炉铁水分为炼钢生铁(w[Si]<1.25%)和铸造生铁(w[Si]≥1.25%)。炼钢生铁中C含量在3.7~4.3%之间。我国生铁产品国家标准

2023/1/9/19:20:44572.3.1.1高炉内型高炉是一个竖立圆筒形炉子，其内部工作空间形状称为高炉内型，即通过高炉中心线的剖面轮廓。高炉内型一般由炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五段组成。炉型设计合理，能促进高炉冶炼指标的改善和延长高炉的使用寿命，故炉型是高炉最根本的工艺参数。现代高炉向大型化开展，合理炉型总的趋势是矮胖化。超大型高炉：Vu＞3000m3大型高炉：Vu＞1500~2500m3中型高炉：Vu＞600~1000m3小型高炉：Vu＞300m3以下我国第一座超大型高炉是1985年9月15日建成投产的宝钢1号高炉4063m3。到目前为止，我国已经建成投产3200~4350m3超大型高炉近20座，5000m3级超大型高炉有河北曹妃甸首钢京唐钢铁公司的2座5500m3高炉、沙钢5860m3。一座4000m3级高炉日产生铁量到达10000以上。2023/1/9/19:20:44582.3.1.2炉顶装料装置高炉炉顶装料设备的作用是按冶炼要求，向炉内合理布料，同时要严密封住炉内荒煤气不逸出炉外。常用的炉顶装料设备主要有钟式炉顶和溜槽式〔亦称无钟式〕炉顶。2.3.2.2送风系统高炉送风系统包括高炉鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路、风口以及管路上的各种阀门等。蓄热式热风炉由拱顶、燃烧室和蓄热室等几局部构成。蓄热式热风炉呈周期性工作，一个工作周期有燃烧期、送风期和切炉期三个过程。一般一座高炉有三至四座热风炉。由热风炉送出的热风通过热风总管送到高炉，再经热风围管和送风支管，将热风均匀的分配到每个风口，以便炉内焦炭和喷吹燃料进行燃烧。热风围管由钢结构本体、耐火内衬、吊挂装置和下部电葫芦单轨梁组成。风口装置主要由风口大套、中套和风口小套组成。热风围管及风口2023/1/9/19:20:4459渣铁别离器炉顶煤气温度：200~250℃炉顶煤气压力：2~2.5kg/cm2炉顶煤气成分：

CO：20~26%、

CO2：16~22%、

N2：54~60%、

H2：~3%、

CH4：~0.8%。1—水渣沟;2—水渣槽及放散筒;3—分配器;4—脱水转鼓;5—鼓内胶带运输机

6—鼓外胶带运输机;7—水渣成品贮存槽;8—集水斗;9—冷却水池;10—泵站

11—脱水转鼓的细筛网;12—轴向刮板;13—吹扫用压缩空气;14—冲洗水转鼓脱水法工艺流程602023/1/9/19:20:4461

第三章铁水预处理工艺铁水预处理是指铁水进入炼钢炉之前对其进行脱除杂质元素或从铁水中回收有价值元素的一种工艺。铁水预处理可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理，前者有脱硫、脱硅、脱磷或同时脱磷脱硫；后者有铁水提钒、提铌等。

铁水在进入转炉前，为除去某些有害元素的处理过程。

预脱硫：电石、石灰、金属镁等炉外脱硫剂

预脱硅：铁水沟、盛铁水容器中喷吹氧化剂

预脱磷：盛铁水容器中喷吹氧化剂

铁水预处理按需要可在铁水沟、盛铁水容器(铁水包、鱼雷罐)或转炉中时行。

简化炼钢过程，提高钢的质量2023/1/9/19:20:4462铁水预处理的化学冶金学意义化学冶金学意义：创造最正确的冶金反响环境!钢铁冶金工艺优化：高炉→别离脉石、复原铁矿石铁水预处理→脱硅、脱磷、脱硫转炉→脱碳、升温钢水炉外精炼→去夹杂、合金化铁水预处理(脱硫)的优越性(1)满足用户对超低硫、磷钢的需求，开展高附加值钢种：如：船板钢、油井管钢：[S]、[P]<0.005%管线钢、Z向钢、IF钢：[S]≤0.002~0.004%(2)减轻高炉脱硫负担，放宽对硫的限制，提高产量，降低焦比；(3)炼钢采用低硫铁水冶炼，可获得巨大的经济效益。依据采用脱硫剂的种类及其搅拌方法，目前生产中采用的炉外脱硫方法可分为四类：铁流搅拌法、机械搅拌法、气体搅拌法和插入法。用得较多的为机械搅拌法(KR法)和气体搅拌法(顶部喷吹法)。KR法:用实心旋转器搅拌铁水，脱硫剂为CaC2和石灰粉加Na2CO3。顶部喷吹法:以载气〔N2〕将脱硫剂经顶部喷嘴喷入鱼雷型混铁车和铁水包的铁水中，脱硫剂为CaC2、Na2CO3。铁水预脱硫方法2023/1/9/19:20:44632023/1/9/19:20:44642023/1/9/19:20:4465[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]—原理脱硅剂主剂主要成分是氧化剂，有氧气、铁矿石、烧结矿、轧钢皮等。还加少量的副剂，主要有石灰、萤石等。用于调节炉渣的碱度、改善炉渣流动性等。2023/1/9/19:20:44663.1炼钢的根本任务四脱：C、S、P、O；二去：气体、夹杂；二调整：温度、成分。炼钢〔steelmaking〕3.2.1炼钢炉渣的作用作用：通过对炉渣成分、性能及数量的调整，可以控制金属中各元素的氧化和复原过程；向钢中输送氧以氧化各种杂质；吸收钢液中的非金属夹杂物，并防止钢液吸气〔H、N〕。副作用：侵蚀炉衬；降低金属收得率。3.2.2炼钢炉渣的来源及其组成炼钢炉渣的来源：参加的各种造渣材料及被侵蚀炉衬；炼钢中化学反响的产物：氧化物和硫化物；废钢带入得泥沙和铁锈；氧化物或冷却剂带入的脉石。炉渣的组成以各种金属氧化物为主，并含有少量硫化物和氟化物。炼钢炉渣的根本体系是CaO-SiO2-FeO。2023/1/9/19:20:44673.2.3炼钢炉渣的主要性质碱度(basicity)：R＝1.3～1.5，低碱度渣；R＝1.8～2.0，中碱度渣；R≥2.5，高碱度渣；氧化性——炉渣向金属熔池传氧的能力，一般以渣中氧化铁〔％∑FeO〕含量来表示。炉渣的氧化能力是个综合的概念，其传氧能力还受炉渣粘度、熔池搅拌强度、供氧速度等因素的影响。直接氧化方式直接氧化是指氧气直接与铁液中的元素产生氧化反响。当向铁液中吹入氧气时，如果在铁液与气相界面有被溶解的元素如[Si]﹑[Mn]﹑[C],虽有大量的铁原子存在，但根据元素的氧化次序[Si]﹑[Mn]﹑[C]将优先于铁而被氧化。反响可写为：[C]+1／2｛O｝=｛CO｝

[Si]+｛O2}=〔SiO2〕[Mn]+1／2｛O2｝＝〔MnO〕在氧气转炉炼钢时氧气流股冲击铁液形成一个冲击坑，氧气与铁液直接接触，易产生元素的直接氧化。2023/1/9/19:20:4468吹入的氧气由于动力学的原因首先与铁液中的Fe原子反响形成FeO进入炉渣同时使铁液中溶解氧[O]。炉渣中的〔FeO〕和溶解在铁液中的[O]再与元素发生间接氧化。其反响为：｛O2｝+Fe=(FeO)(FeO)=Fe+［O］如：2［O］+[Si]=(SiO2)

或2(FeO)+［Si］=2Fe+(SiO2)在渣-金界面上往往产生元素的间接氧化反响。间接氧化方式2023/1/9/19:20:44693.3.2炼钢熔池中元素的氧化次序溶解在铁液中的元素的氧化次序可以通过与1molO2的氧化反响的标准吉布斯自由能变化来判断。在标准状态下，反响的ΔGo负值越多，该元素被氧化的趋势就越大，那么该元素就优先被大量氧化。铁液中常规元素与氧反响的标准吉布斯自由能变化与温度的关系

1.Cu﹑Ni﹑Mo﹑W等元素氧化的ΔGo线都在Fe氧化ΔGo线之上。从热力学角度来说，在炼钢吹氧过程中这些元素将受到Fe的保护而不氧化。

2.Cr﹑Mn﹑V﹑Nb等元素的氧化程度随冶炼温度而定。

3.Al﹑Ti﹑Si﹑B等元素氧化的ΔGo线在图中位于较低的位置，它们最易氧化。在实际生产中，这些元素作为强脱氧剂使用。

注意：虽然在炼钢温度下，Fe氧化的ΔGo线高于其它元素氧化的ΔGo线，但由于铁液中大多数为Fe原子，氧与Fe原子接触时机多，故在实际上Fe还是会氧化。2023/1/9/19:20:44703.3.3脱碳反响炼钢的一个重要任务是利用氧化方法将铁液中过多的碳去除，称为脱碳。脱碳反响是贯穿于冶炼过程。在高温下[C]主要氧化成为CO。[C]与氧的反响有：在渣-金界面上：［C］+〔FeO〕=｛CO｝+Fe［C］+［O］=｛CO｝在气-金界面上：［C］+1／2｛O2｝=｛CO｝脱碳反响的作用脱碳反响除了调整钢液碳含量的作用外，其反响产物CO气体的上浮排除使得脱碳反响给炼钢带来独特的作用。促进熔池成分﹑温度均匀；

提高化学反响速度；降低钢液中的气体含量和夹杂物数量：造成喷溅和溢出：2023/1/9/19:20:44713.3.4硅的氧化硅的直接氧化和间接氧化反响式在气-金界面上

［Si］+O2=〔SiO2〕在渣-金界面上

［Si］+2［O］=〔SiO2〕

［Si］+2〔FeO〕=〔SiO2〕+2Fe3.3.5锰的氧化与复原铁液中的锰反响,形成在高温下是稳定的MnO。[Mn]的氧化反响式为：

在气-金界面上

［Mn］+1/2O2=〔MnO〕

在渣-金界面上

［Mn］+［O］=〔MnO〕

［Mn］+〔FeO〕=〔MnO〕+Fe3.3.6脱磷反响氧化脱磷：在炼钢温度下，气化脱磷反响是不能进行的。由于Fe优先于[P]氧化，通过直接氧化反响的气化脱磷也是难以进行的。通过参加石灰造碱性渣可以将铁液中的磷脱出到炉渣中。这是由于P2O5时是酸性氧化物，遇到碱性氧化物如CaO能生成稳定的化合物而进入炉渣。2023/1/9/19:20:4472用碱性炉渣进行脱磷的反响为：在渣-金界面

3(CaO)+2[P]+5[O]=(3CaO·P2O5)

3(CaO)+2[P]+5(FeO)=(3CaO·P2O5)+5Fe在渣-金-气界面

3(CaO)+2[P]+5/2O2=(3CaO·P2O5)脱磷反响式炉渣脱硫的根本反响式

[FeS]=(FeS)+)

(CaO)+(FeS)=(CaS)+(FeO)(CaO)+[FeS]=(CaS)+(FeO)

(吸热)

从反响式中可以看出，脱硫的根本条件是：高碱度、高温、低氧化性。2023/1/9/19:20:4473影响脱硫反响的根本条件分析

(1)炉渣碱度研究结果说明：炉渣碱度在3．0～3．5之间最好，过高会使黏度增加，不利硫在钢—渣之间的扩散，过低那么不符合脱硫要求。

(2)氧化性炉渣氧化性对脱硫的影响较为复杂，从脱硫反响式中可以看出，渣中的复原性越强，即∑(FeO)越低越有利于脱硫反响。但实际生产中氧气转炉的氧化渣中也能去除一局部硫，其主要原因是：∑(FeO)的存在改善了渣的流动性，能促进石灰的熔化，有利于高碱度渣的形成，从而局部改善了脱硫条件。

尽管氧化渣中也能脱硫，但在其他条件如搅拌、温度、碱度等完全相同的条件下，氧化渣的去硫效果还是远远低于复原渣的。

(3)温度

高温有利于吸热反响的进行，即有利于去硫反响的顺利进行。(4)钢—渣搅拌情况

去硫是钢—渣界面反响，加强钢—渣搅拌扩大反响界面积有利于去硫。例如电炉(复原期)出钢时，采用钢—渣混出的方法，使钢液和炉渣强烈混合，钢—渣界面大大增加，充分发挥了电炉复原渣的脱硫能力，使脱硫反响能够迅速进行。

(5)渣量

增加渣量可以减少(CaS)的相对浓度，可促进去硫反响。2023/1/9/19:20:4474气化脱硫气化脱硫主要通过炉渣中硫的气化来实现，即：

(S2-)+3/2{O2}={SO2}+(O2-)或写为：

6(Fe3+)+(S2-)+2(O2-)=6(Fe2+)+{SO2}

6(Fe2+)+3/2O2=6(Fe3+)+3(O2-)两个反响式说明，渣中的铁离子充当气化脱硫所需氧的媒介。需要明确的是，气化脱硫是以炉渣脱硫为根底的，首先硫从金属液被脱除到炉渣中，然后炉渣中的硫再被气化脱除进入炉气中。在转炉炼钢中，有约三分之一的硫是以气化脱硫的方式去除的。3.3.8钢的脱氧脱氧是向炼钢熔池或钢水中参加脱氧剂，脱氧元素与氧反响，生成的脱氧产物或进入渣中或成为气相排出。脱氧剂应具有脱氧元素与氧的亲和力大、脱氧产物易排除、本钱低和来源广等的特点。根据脱氧反响发生的地点不同，脱氧方法分为沉淀脱氧﹑扩散脱氧和真空脱氧。2023/1/9/19:20:4475钢中氧的危害性主要表现在以下三个方面。1．

产生夹杂。钢液凝固时，其中多余的氧与钢中其他元素结合生成非金属夹杂物，进而破坏了钢基体的连续性，降低钢的强度极限、冲击韧性、伸长率等各种力学性能和导磁性能、焊接性能等。2．

形成气泡。钢液中的氧含量过高，在浇铸过程中会再次与钢中碳反响，产生CO气体，从而会使钢锭〔坯〕产生气孔、疏松，甚至上涨等缺陷，严重时会导致钢锭〔坯〕报废。3．

晶界上的FeO和FeS还会形成低熔点(910℃)物质，使钢在热加工时发生热脆。沉淀脱氧又叫直接脱氧。把块状脱氧剂参加到钢液中，脱氧元素在钢液内部与钢中氧直接反响，生成的脱氧产物上浮进入渣中的脱氧方法称为沉淀脱氧。出钢时向钢包中参加硅铁﹑锰铁﹑铝铁或铝块脱氧就是沉淀脱氧。2023/1/9/19:20:4476扩散脱氧又叫间接脱氧。它是将粉状的脱氧剂如C粉﹑Fe-Si粉﹑CaSi粉﹑Al粉加到炉渣中，降低炉渣中的氧含量，使钢液中的氧向炉渣中扩散，从而到达降低钢液中氧含量的一种脱氧方法。在电炉炼钢的复原期和炉外精炼过程向渣中参加粉状脱氧剂进行脱氧操作就是扩散脱氧。是利用降低系统的压力来降低钢液中氧含量的脱氧方法。它只适用于脱氧产物为气体的脱氧反响如[C]-[O]反响。这种脱氧方法常用于炉外精炼中，如RH真空处理﹑VAD﹑VD等精炼方法都可实现钢液的真空脱氧。真空脱氧3.3.9脱气钢中气体〔H、N〕的来源：金属料如废钢和铁合金中含有的一定量的氢和氮。潮湿的造渣剂，参加炉内后分解，也使钢中气体增加。耐火材料用粘结剂含有8%～9%的氢。暴露在空气中的钢液，会从空气中吸收氢和氮。如果炼钢采用的氧气不纯，也能造成钢的增氮。气体的溶解反响为：

½{H2}=[H]½{N2}=[N]2023/1/9/19:20:4477氢对钢性能的影响

氢在钢中根本上有害无利。氢在钢中的不良影响主要有以下几方面：

1)使钢产生“氢脆〞。氢能使钢的塑性和韧性明显降低，即产生“氢脆〞现象。对于高强度钢来讲，“氢脆〞的影响更严重。

钢中的“氢脆〞属于滞后破坏。表现在应力作用下，经过一段时间钢突然发生脆断。

2)使钢产生“白点〞。所谓“白点〞是指在钢材断面上呈银白色的斑点。其实质是一个有锯齿形边缘的微小气泡，又叫发裂。它的产生与氢脆不同，它是钢从高温冷却到室温时产生的。“白点〞也使钢的塑性和韧性明显降低。

3)产生石板断口。其主要原因是：氢含量高的地方会出气泡，在气泡的周围易出现C、P、S和夹杂物的偏析，这些缺陷在钢材热加工时被拉长，但不能焊合，于是形成石板断口。

4)产生氢腐蚀。在高温高压作用下，钢中的氢即高压氢会使钢产生网络状裂纹，严重时还可以鼓泡，这种现象称氢腐蚀。2023/1/9/19:20:4478氮对钢的性能有利有弊。氮对钢的不良影响是：

1)氮会使钢产生“蓝脆〞。淬火钢在250～400℃回火后，塑韧性不仅不增大，反而下降，这个温度范围的钢呈蓝色，故叫“蓝脆〞。

2)氮和氢综合作用使钢产生缺陷。氮和氢的综合作用会使镇静钢锭产生结疤和皮下气泡，使轧钢生产中出现裂纹和发纹，影响钢的质量。

氮对钢有益的一面是：

1)钢中的氮能和Al、Ti等形成AlN、TiN等高熔点的细小颗粒。均匀弥散分布的AlN、TiN等能细化晶粒，从而提高钢的强度和塑性，对改善焊接性能也有良好作用。

2)能提高钢的强度和耐磨性。实际生产中常用渗氮的方法来改善钢外表的耐磨性，同时也能使钢外表的抗蚀性和疲劳强度有所改善。降低钢中气体的措施提高炼钢原材料质量。如使用含气体量低的废钢和铁合金；对含水分的原材料进行烘烤枯燥，采用高纯度的氧气等。尽量降低出钢温度，减小气体在钢中的溶解度。在冶炼过程，应充分利用脱碳反响产生的溶池沸腾来降低钢水中的气体含量。用炉外精炼技术，降低钢水中的气体含量。如采用钢包吹氩搅拌，真空精炼脱气，微气泡脱气等方法对钢水进行脱气处理。采用保护浇注技术，防止钢水从大气中吸收气体。2023/1/9/19:20:44793.3.10去除钢中夹杂物钢中夹杂物的来源钢中存在着硫﹑磷﹑氧﹑氮等杂质元素，这些元素与钢中的合金元素如硅﹑锰﹑铝﹑钛﹑钒等形成非金属化合物，如氧化物﹑硫化物﹑氮化物等。钢中的这些非金属化合物，统称为非金属夹杂物，也称为内生夹杂。在炼钢过程中，钢水与炉渣和炉衬接触，炉渣炉衬中的化合物被卷入到钢水中，也会造成非金属夹杂物，也称为外来夹杂。钢中夹杂物的分类按夹杂物的化学成分分：氧化物夹杂；硫化物夹杂；氮化物夹杂。按加工变形后夹杂物的形态分：塑性夹杂；脆性夹杂；半塑性夹杂。按夹杂物的来源分：内生夹杂和外来夹杂。降低钢中夹杂物的措施在冶炼中采取各种手段降低钢中杂质元素[O]﹑[S]﹑[N]﹑[P]等的含量，提高钢的洁净度，从根本上减少内生夹杂物。提高耐火材料质量，提高其抗冲击和耐侵蚀的能力，减少外来夹杂物数量。采用合理的脱氧制度，使脱氧产物易于聚集上浮，从钢液中排除。应用钢包冶金如真空脱氧﹑吹Ar搅拌﹑喷粉处理等和中间包冶金如采用堰、坝﹑导流板﹑过滤器﹑湍流控制器等控流装置，去除钢水中的夹杂物。采取保护浇注技术，防止钢水从周围大气环境中吸收氧﹑氢﹑氮。2023/1/9/19:20:44803.4炼钢用原材料3.4.1金属料铁水；废钢；铁合金；3.4.2辅助材料造渣材料；氧化剂；冷却剂；复原剂和增碳剂。3.4.1.1铁水〔或生铁块〕铁水是氧气转炉炼钢的根本原料，一般占金属料的70～100%。铁水成分和铁水温度是否适当和稳定，对简化和稳定转炉操作并获得良好的技术经济指标非常重要。铁水成分Si：发热元素，转炉热量来源。根据[P]，[Si]一般在0.4～0.8％范围内Mn：有利元素。[Mn]一般在0.2～0.4％左右P：有害元素，强发热元素。P是高炉不能去除的元素，故只能要求[P]稳定，采用铁水预处理脱磷或相应的炼钢方法来去除。S：有害元素。[S]<0.04％。采用铁水预处理脱硫，[S]<0.015％。2023/1/9/19:20:4481铁水温度铁水温度应>1200～1300℃，且保持稳定，以利于炉子热行，迅速成渣。有铁水预处理工艺，铁水温度应适当提高。3.4.1.2废钢废钢是电炉炼钢的根本原料，用量占钢铁料的70％～90％。对转炉来说，既是金属料也是冷却剂。合金钢废钢应按所含合金分组堆放。应严防混入有害杂质和危险品，并减少带入的泥沙、耐火材料和炉渣等。对外形尺寸和单重过大的废钢，应预先进行解体和切割；对轻薄料要打包或压块，以缩短装料时间。3.4.1.3铁合金炼钢中广泛使用的各种脱氧和合金化元素与铁的合金。如Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Cr；以及复合脱氧剂，如硅锰合金、硅钙合金、硅锰铝合金；还有铝、锰、镍等金属。铁合金应合理选用以降低本钱，使用前应烘烤以减少气体带入。另外要纯洁，不得混有其它夹杂物，块度要适当。2023/1/9/19:20:44823.4.2.2氧化剂氧气。炼钢中氧的重要来源。一般要求氧气纯度应大于98％，冶炼低氮钢种时，应大于99.5％。还应脱除水分。铁矿石、氧化铁皮。铁矿石要求含铁高，SiO2、P和水分少，使用前要加热。氧化铁皮要求杂质少，不含油污和水分，使用前必须烘烤。辅助材料

3.4.2.1造渣材料石灰〔CaO〕。碱性炼钢方法的根本造渣材料，有强的脱磷、脱硫能力，对炉衬危害小。石灰要求含有效CaO大于80～85％，含S和SiO2低，块度小而均匀，且无细粉；生烧过烧率要小；不能潮解，应保持枯燥、新鲜。萤石〔CaF2〕。熔点低〔1418℃〕，能使CaO熔点显著降低，加速化渣，改善渣的流动性。萤石要求：CaF2>85%。白云石〔MgO〕。增加渣中Mg含量，以减少炉衬中MgO向炉渣中转移，且能促进前期化渣。2023/1/9/19:20:44833.4.2.3冷却剂废钢。冷却效果稳定、喷溅少，价格低。富铁矿、团矿、烧结矿和氧化铁皮。利用它们所含FexOy氧化金属中的杂质时，需要吸收大量的热而起到冷却的作用。石灰石。缺少以上冷却剂时，可以使用，CaCO3分解时吸收大量热量。3.4.2.4复原剂和增碳剂电炉炼钢使用的复原剂和增碳剂有石墨电极、木炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等。氧气转炉冶炼中、高碳钢时，一般用含灰分很少的石油焦作增碳剂。3.6转炉炼钢3.6.1氧气转炉炼钢的开展3.6.2顶底复吹转炉炼钢的设备3.6.3复吹转炉吹炼工艺2023/1/9/19:20:44843.6.1氧气转炉炼钢的开展现代转炉炼钢的开展大致分四个时期：1〕顶吹转炉炼钢技术的创立(1948~1956)标志性技术：拉瓦尔型超音速顶吹喷枪。2〕顶吹转炉炼钢技术的成熟与完善(1956~1967)标志性技术：转炉大型化；副枪动态控制技术3〕氧气炼钢技术的繁荣与开展(1967~1993)标志性技术：氧气底吹转炉炼钢技术；转炉复合吹炼工艺技术4〕现代转炉炼钢技术(1993~)标志性技术：溅渣护炉工艺；干法除尘与煤气回收技术2023/1/9/19:20:4485顶底复吹转炉转炉复合吹炼工艺最初是沿袭顶吹和底吹两种吹炼工艺逐步开展完善：即在顶吹转炉底部喷吹惰性气体和在底吹转炉上部安装顶吹氧枪。实践证明，复吹转炉根本保存了顶吹转炉和底吹转炉的优点，防止各自的缺点，成为当代转炉的根本操作工艺。3.6.2顶底复吹转炉炼钢的设备顶底复吹转炉炼钢的设备由4个系统组成，每个系统又由各自的设备组成。炼钢容器的炉子系统；提供炼钢所需的氧气和底部搅拌气体的供气系统；提供炼钢所需的金属料和造渣材料的供料系统；对高温含尘烟气进行降温除尘处理，并回收余热和煤气的烟气处理系统。

2023/1/9/19:20:44863.6.2.1炉子系统炉子系统由转炉﹑托圈﹑耳轴﹑倾动机构组成，是装入原料进行吹炼的容器。它由圆台形炉帽﹑圆筒形炉身和球缺形或截锥形炉底三局部组成在炉帽与炉身连接处有出钢口。3.6.2.2供气系统供氧系统由制氧机﹑储气罐﹑压氧机﹑输气管道及阀门、氧枪和底部供气元件组成。氧枪是供氧设备中的关键部件。由枪身和喷头组成。枪身是由三种不同直径的无缝钢管套装而成，通水冷却。喷头用导热良好的紫铜制成，孔形状一般采用拉瓦尔管的形状，大型转炉普遍应用了三孔﹑四孔﹑五孔喷头。顶底复吹技术的关键部件是复吹转炉的底部供气元件。底部供气元件分为两大类，即喷嘴型和砖型。底部供气元件2023/1/9/19:20:44873.6.2.3供料系统

1〕铁水供给2〕废钢供给3〕造渣剂供给1〕铁水供给混铁车〔鱼雷罐车〕方式流程为：高炉铁水→鱼雷罐车→铁水罐→转炉。这种供给方式投资省﹑铁水温降小和有较好的生产环境。适合于大型高炉向大型转炉〔100t以上〕供给铁水。向转炉供给废钢一般采用废钢槽方式。流程：磁盘吊车装槽→桥式吊车+废钢槽→转炉。2〕废钢供给转炉的造渣剂采用以下的供给方式：地下储料仓→胶带运输机→高位料仓→称量漏斗→汇总漏斗→溜槽→转炉。以下图还给出了向钢包中参加铁合金的主要设备。3〕造渣剂供给2023/1/9/19:20:44883.6.2.4烟气处理系统转炉炉内的气体称为炉气，炉气离开炉口进入烟罩后称为烟气。氧气转炉在吹炼期间产生大量含尘炉气，其温度高达1400~1600℃，炉气中含有大量CO和含铁60％左右的粉尘。转炉炉气的处理方法主要有燃烧法和未燃烧法。未燃法是在炉口上方采用可以升降的活动烟罩，使炉气在收集过程中尽量不与空气接触，经降温除尘净化后，通过风机抽入煤气回收系统中。3.6.3复吹转炉吹炼工艺3.6.3.1吹炼工艺流程一炉钢的冶炼过程是指从装料到倒尽渣为止。顶底复吹转炉炼钢的冶炼周期一般是30～40min。其中的纯吹氧时间约15～20min。2023/1/9/19:20:44893.6.3.2吹炼过程元素的变化根据[C]的氧化速度不同，炼钢过程可分为三个时期。氧化初期，脱碳速度由小变大。由于氧化初期熔池温度低，Si﹑Mn氧化量多，消耗了大局部的氧，[C]的氧化受到限制。脱碳速度d[C]/dt=-k1t，与吹炼时间成正比。这一时期称吹炼初期，又叫硅﹑锰氧化期，时间从开吹到约4～5min。氧化中期Si、Mn氧化结束，熔池温度升高，供给的氧几乎全部用于脱碳。脱碳速度到达最大且几乎不变。这一时期称为吹炼中期，又叫碳氧化期，w[c]=3.0%-3.5%时进入吹炼中期。氧化后